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Die Erfindung betrifft einen Linearaktor, insbesondere für eine Fahrzeugkupplung, wobei der Linearaktor einen Aktorantrieb sowie eine Aktormechanik umfasst, wobei die Aktormechanik einen Spindeltrieb aufweist, und der Spindeltrieb als Rollengewindespindeltrieb ausgebildet ist, wobei der Rollengewindespindeltrieb eine Rollengewindespindel, eine Rollengewindespindelmutter sowie Planetenwälzkörper umfasst, und die Rollengewindespindel eine Spindelgewindesteigung und eine Rollengewindespindelachse aufweist, wobei die Planetenwälzkörper eine Planetenwälzkörperprofilierung und eine Planetenwälzkörperachse aufweisen, wobei der Rollengewindespindeltrieb eine rotative in eine translatorische Bewegung wandelt, indem die Rollengewindespindel konzentrisch in der Rollengewindespindelmutter angeordnet ist, und die Rollengewindespindelmutter gegenüber der Rollengewindespindel drehbar ist, wobei die Planetenwälzkörper zwischen der Rollengewindespindel und der Rollengewindespindelmutter angeordnet sind, wobei die Planetenwälzkörperprofilierung mit der Rollengewindespindel kämmt, wobei die Planetenwälzkörper in der Rollengewindespindelmutter drehbar um die Planetenwälzkörperachse angeordnet sind, so dass eine Rotation der Rollengewindespindelmutter oder eine Rotation der Rollengewindespindel eine Rotation der Planetenwälzkörper um ihre Planetenwälzkörperachse bewirkt und wobei die Planetenwälzkörper in der Rollengewindespindelmutter um die Rollengewindespindel herum drehbar angeordnet sind, so dass eine Rotation der Rollengewindespindelmutter oder eine Rotation der Rollengewindespindel eine Rotation der Planetenwälzkörper um die Rollengewindespindel bewirkt.
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Zur Betätigung von Kupplungen muss üblicherweise ein translatorischer Weg zurückgelegt werden, um Kupplungshälften voneinander zu trennen oder sie miteinander in Eingriff zu bringen. Zu diesem Zweck werden Betätigungseinrichtungen benötigt, die auch Aktoren oder Aktuatoren genannt werden, und mit denen eine benötigte Kraft über einem entsprechenden Weg erzeugbar ist. Es existieren zu diesem Zweck Aktoren, die die Drehbewegung eines Bauteiles in eine Axialbewegung eines weiteren Bauteiles umwandeln, z.B. um eine Kupplung zu öffnen oder zu schließen. Dieser Typ von Aktor wird auch als Linearaktor bezeichnet.
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Linearaktoren wandeln eine rotative in eine translatorische Bewegung um. Ein Linearaktor umfasst üblicherweise einen Aktorantrieb und eine Aktormechanik.
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Die Aktormechanik wandelt eine an ihrem Eingang auf sie einwirkende Bewegung in eine Ausgangsbewegung der Aktormechanik um. In diesem Sinne kann eine Aktormechanik auch als Bewegungswandler bezeichnet werden.
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Ein Aktorantrieb wandelt hydraulische und/oder elektrische Energie in eine mechanische Bewegungsenergie um, welche dann der Aktormechanik zugeleitet wird. Ein Aktorantrieb kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe der elektromotorischen Aktorantriebe, elektromechanischen Aktorantriebe, hydraulischen Aktorantriebe, elektrohydraulischen Aktorantriebe oder elektrochemischen Aktorantriebe.
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Die Aktormechanik kann insbesondere als Spindeltrieb ausgebildet sein. Ein Spindeltrieb wandelt mithilfe einer Gewindespindel und einer Gewindespindelmutter welche miteinander derart getrieblich gekoppelt sind, dass sie eine Rotationsbewegung der Gewindespindel oder der Spindelmutter in eine Linearbewegung der Gewindespindel oder der Gewindemutter umwandeln.
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Ein Spindeltrieb kann in seiner einfachsten Form aus einer Gewindespindel und einer Gewindespindelmutter gebildet sein, wobei das Gewinde der Gewindespindel direkt in einem korrespondierenden Innengewinde der Gewindespindelmutter kämmt, wobei es hier entlang der miteinander im kämmenden Eingriff stehenden Gewindeflanken zu einer Gleitreibung und folglich zu vergleichsweise hohen Reibungsverlusten kommt.
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Um diese Reibungsverluste zu minimieren, wurden Spindeltriebaktoren entwickelt, bei denen zwischen der Gewindespindel und der Gewindespindelmutter Rollen oder Kugeln angeordnet sind, so dass an den kämmenden Gewindeflanken eine Roll- bzw. Wälzbewegung realisiert wird, was zu signifikant besseren Wirkungsgraden der Spindeltriebmechanik führt.
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Rollengewindespindeltriebe wandeln eine rotative in eine translatorische Bewegung um, wobei die Gewindespindel nicht direkt mit der Gewindemutter in getrieblichen Eingriff steht und kämmt, sondern dass der Kraftfluss von der Gewindespindel auf die Gewindemutter unter getrieblicher Zwischenschaltung von drehbaren Planetenwälzkörpern, die zwischen der Gewindespindel und Gewindemutter angeordnet und mit diesen getrieblich gekoppelt sind.
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Hierdurch gleiten die Zahnflanken der Gewindespindel und der Gewindemutter nicht aneinander ab, sondern die Planenwälzkörperprofilflanken wälzen an den Zahnflanken der Gewindespindel und der Gewindemutter, wodurch sich signifikant bessere Wirkungsgrade eines Spindeltriebs erzielen lassen.
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Rollengewindelspindeltrieben ist gemein, dass sie aus einer Rollengewindespindel, einer Rollengewindespindelmutter und zwischen diesen über den Umfang angeordneten Planetenwälzkörpern gebildet sind. Hierbei weisen die Rollengewindespindel, Rollengewindespindelmutter und die Planetenwälzkörper Profilierungen auf, um eine Drehbewegung zwischen Rollengewindespindel und Rollengewindespindelmutter zu übertragen, wobei eine der Komponenten - Rollengewindespindel oder Rollengewindespindelmutter - drehangetrieben und die andere Komponente bei drehfester Anordnung längs der Längsachse der Rollengewindespindel um einen der eingestellten Übersetzung entsprechenden Axialweg verlagert wird.
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Aufgrund der kleinen Steigung ist es möglich, mit geringen Antriebsmomenten eines Aktorantriebs und ohne Getriebe sehr hohe, axiale Kräfte zu realisieren. Mit Rollengewindespindeltrieben lassen sich daher nicht nur elektromotorische Aktoren mit hoher Leistungsdichte, langer Lebensdauer und geringem Wartungsaufwand realisieren, sondern gleichzeitig kostengünstige Motoren einsetzen.
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Es existieren grundsätzlich zwei Ausführungsformen von Rollengewindespindeltrieben, nämlich Planetenwälzgewindetriebe und Rollengewindetriebe mit Rollenrückführung.
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Der Unterschied zwischen einem Planetenwälzgewindetrieb und einem Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung liegt im Wesentlichen in der Profilierung der Planetenwälzkörper und deren Führung in der Rollengewindespindelmutter begründet. Während bei einem Planetenwälzgewindetrieb die Planetenwälzkörper über ein Planetenwälzkörpergewinde und eine axiale Fixierung in den Planetenwälzkörperführungsringen verfügen, weisen die Planetenwälzkörper eines Rollengewindetriebs mit Rollenrückführung eine Planetenwälzkörperrillung und einen Planetenwälzkörperkäfig auf in dem die Planetenwälzkörper axial verschiebbar geführt sind.
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Diese grundsätzlichen konstruktiven Unterschiede bewirken bei einem Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung eine gegenüber dem Planetenwälzgewindetrieb noch höheren Positionier- und Wiederholgenauigkeit, während die Planetenwälzgewindetriebe höhere Drehgeschwindigkeiten als ein Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung erlauben.
Die Hauptkomponenten eines Planetenwälzgewindetriebs sind eine Spindel, eine Rollengewindespindelmutter, Planetenwälzkörper, Planetenwälzkörperführungsringe und Zahnringe, wobei die Planetenwälzkörper mit einem Planetenwälzkörpergewinde in einer Rollengewindespindelmutter mit zwei Planetenwälzkörperführungsringen gefasst planetenartig um eine Rollengewindespindel achsparallel und ohne axiale Verschiebung rotieren, wodurch sich die Rollengewindespindelmutter linear entlang der Rollengewindespindel bewegt.
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Sowohl die Rollengewindespindel als auch die Rollengewindespindelmutter haben ein mehrgängiges identisches Profil mit einem Flankenwinkel von bevorzugt 90°. Entsprechend der Ausgestaltung der Zahnringe, kann die notwendige Planetenwälzkörper-Synchronisation mittels an der Rollengewindespindelmutter eingepassten Zahnringen mit einer Zahnradinnenverzahnung oder mittels auf die Rollengewindespindel aufgeschobenen Zahnringen mit einer Zahnradaußenverzahnung verwirklicht sein.
Der Kraftfluss innerhalb eines Planetenwälzgewindetriebs erfolgt somit über die Flanken der Planetenwälzkörper, der Rollengewindespindel und der Rollengewindespindelmutter.
Da sich die Planetenwälzkörper nicht relativ zur Rollengewindespindelmutter axial bewegen, ist eine Rückführung der Planetenwälzkörper nicht nötig. Dies ermöglicht höhere Drehzahlen als bei Rollengewindespindeltrieben mit Rollenrückführung.
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Grundsätzlich kann ein Planetenwälzgewindetrieb über die Rollengewindespindel oder über die Rollengewindespindelmutter angetrieben werden.
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Planetenwälzgewindetriebe sind seit vielen Jahren Stand der Technik und werden beispielsweise in
DD 0277308 A5 beschrieben
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Aufgrund der Spindelgewindesteigung befinden sich die Kontakte zwischen der Rollengewindespindel und einem Planetenwälzkörper außerhalb der Verbindungsebene der Planetenwälzkörperachse und der Rollengewindespindelachse und erzeugen somit ein Moment auf die Planetenwälzkörper. Dieses Moment muss an den Planetenwälzkörperlagerzapfen abgestützt werden und beeinflusst hierdurch negativ den gewünschten guten Wirkungsgrad des Rollengewindespindeltriebs.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Linearaktor mit einem verbesserten Wirkungsgrad bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Linearaktor, wobei der Linearaktor einen Aktorantrieb sowie eine Aktormechanik umfasst, wobei die Aktormechanik einen Spindeltrieb aufweist, und der Spindeltrieb als Rollengewindespindeltrieb ausgebildet ist, wobei der Rollengewindespindeltrieb eine Rollengewindespindel, eine Rollengewindespindelmutter sowie Planetenwälzkörper umfasst, und die Rollengewindespindel eine Spindelgewindesteigung und eine Rollengewindespindelachse aufweist, wobei die Planetenwälzkörper eine Planetenwälzkörperprofilierung und eine Planetenwälzkörperachse aufweisen, wobei der Rollengewindespindeltrieb eine rotative in eine translatorische Bewegung wandelt, indem die Rollengewindespindel konzentrisch in der Rollengewindespindelmutter angeordnet ist, und die Rollengewindespindelmutter gegenüber der Rollengewindespindel drehbar ist, wobei die Planetenwälzkörper zwischen der Rollengewindespindel und der Rollengewindespindelmutter angeordnet sind, wobei die Planetenwälzkörperprofilierung mit der Rollengewindespindel kämmt, wobei die Planetenwälzkörper in der Rollengewindespindelmutter drehbar um die Planetenwälzkörperachse angeordnet sind, so dass eine Rotation der Rollengewindespindelmutter oder eine Rotation der Rollengewindespindel eine Rotation der Planetenwälzkörper um ihre Planetenwälzkörperachse bewirkt und wobei die Planetenwälzkörper in der Rollengewindespindelmutter um die Rollengewindespindel herum drehbar angeordnet sind, so dass eine Rotation der Rollengewindespindelmutter oder eine Rotation der Rollengewindespindel eine Rotation der Planetenwälzkörper um die Rollengewindespindel bewirkt, wobei die Planetenwälzkörperachse gegenüber der Rollengewindespindelachse um einen die Spindelgewindesteigung berücksichtigenden Betrag geneigt ist.
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Hierdurch wird das auf die Planetenwälzkörperlagerzapfen einwirkende Moment verringert und als Folge dessen der Wirkungsgrad des Rollengewindespindeltriebs verbessert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und in den Figuren angegeben.
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Ein Linearaktor weist üblicherweise wenigstens zwei Planetenwälzkörperführungsringe auf, welche die Funktion haben, die radiale Position der Planetenwälzkörper zueinander innerhalb der Spindelmutter festzulegen und die Planetenwälzkörper um ihre Längsachse drehbar zu lagern.
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Hierzu weist ein Planetenwälzkörperführungsring insbesondere Planetenwälzkörperlagerstellen auf, an oder in denen komplementäre Planetenwälzkörperlagerelemente der Planetenwälzkörper drehbar aufgenommen sind.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Planetenwälzkörperlagerstellen eines Planetenwälzkörperführungsringes als Planetenwälzkörperlagerbohrungen und die Planetenwälzkörperlagerelemente der Planetenwälzkörper als dazu komplementäre Planetenwälzkörperlagerzapfen ausgeformt sind, so dass die Planetenwälzkörperlagerzapfen drehbar in den Planetenwälzkörperlagerbohrungen aufgenommen sind.
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Ein Planetenwälzkörperführungsring kann integral mit der Spindelmutter ausgebildet oder als ein von der Spindelmutter separates Bauteil ausgestaltet sein.
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Diese Planetenwälzkörperlagerstellen sind äquidistant entlang des Umfangs des Planetenwälzkörperführungsrings auf einer Kreisbahn angeordnet, so dass die Planetenwälzkörper gleichmäßig zwischen der Spindelmutter und der Spindel verteilt sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erfindungsgemäße Linearaktor derart ausgestaltet, dass die Planetenwälzkörper an ihren distalen Enden Planetenwälzkörperlagerzapfen aufweisen, welche in korrespondierenden Planetenwälzkörperführungsringbohrungen drehbar lagernd aufgenommen sind, wobei die Planetenwälzkörperführungsringbohrungen derart gegeneinander verdreht angeordnet sind, dass die Planetenwälzkörperachsen gegenüber der Rollengewindespindelachse um einen die Spindelgewindesteigung berücksichtigenden Betrag geneigt ist. Hierdurch lässt sich die Achsenneigung der Planetenwälzkörperachsen auf konstruktiv einfache Weise realisieren.
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Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung, ist der erfindungsgemäße Linearaktor derart ausgestaltet, dass die Planetenwälzkörper Planetenwälzkörperprofilflanken aufweisen, wobei die Planetenwälzkörperprofilflanken von den distalen Enden des Planetenwälzkörpers zur Mitte des Planetenwälzkörpers eine konkav verlaufende, Rollengewindespindelsteigung, Rollengewindespindeldurchmesser sowie Planetenwälzkörperdurchmesser berücksichtigende Planetenwälzkörperprofilflankenkontur aufweisen. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass trotz der Neigung der Rollengewindespindelachse und der Planetenwälzkörperachsen allen Flanken der Rollengewindespindel und der Planetenwälzkörper in hinreichendem getrieblichen, kämmenden Eingriff stehen.
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Die Planetenwälzkörper dienen der getrieblichen Kopplung der Spindel mit der Spindelmutter, wobei die Planetenwälzkörper mit einer Planetenwälzkörperprofilierung in dem Spindelmuttergewinde der Spindelmutter und dem Spindelgewinde der Spindel in Eingriff steht und um die Spindel achsparallel rotieren, wodurch sich die Spindelmutter linear entlang der Spindel bewegt. Der Kraftfluss innerhalb eines Planetenwälzgewindetriebs erfolgt somit über die Profilflanken der Planetenwälzkörper, der Spindel und der Spindelmutter.
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Der Planetenwälzkörper besitzt an seiner äußeren Umfangsfläche wenigstens eine Profilierung. Diese Profilierung des Planetenwälzkörpers kann im Fall eines Planetenwälzgewindetriebs als Planetenwälzkörpergewinde oder im Fall eines Rollengewindetriebes mit Rollenrückführung als Planetenwälzkörperrillung ausgebildet sein.
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Planetenwälzkörper weisen eine zylindrische Raumform auf, wobei die Länge des Planetenwälzkörpers größer ist als der Durchmesser des Planetenwälzkörpers. Ein zylinderförmiger Planetenwälzkörper weist eine Planetentenwälzkörperachse auf, welche auch als Rotationsachse des Planetenwälzkörpers bezeichnet werden kann.
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Bevorzugt sind die Planetenwälzkörper im Wesentlichen identisch ausgebildet.
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Die Planetenwälzkörper haben an beiden Enden Planetenwälzkörperlagerelemente zur Positionierung und drehbaren Lagerung eines Planetenwälzkörpers in bzw. an einem Planetenwälzkörperführungsring. Die Planetenwälzkörperlagerelemente können insbesondere als Planetenwälzkörperlagerzapfen, die in korrespondierenden Planetenwälzkörperlagerbohrungen der Planetenwälzkörperführungsringe gelagert sind, ausgestaltet sein.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, ist der Linearaktor so ausgebildet, dass die Planetenwälzkörperprofilflanken der Art gestaltet sind, dass der Abstand zwischen nominellem Kontaktpunkt zwischen Rollengewindespindelflanken und Planetenwälzkörperprofilflanken und Rollengewindespindelachse bzw. Planetenwälzkörperachse für alle Rillen ein konstantes Verhältnis aufweist. Hierdurch wird der Bohrreibungsanteil des Rollengewindespindeltriebs geringgehalten bzw. vollständig vermieden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Technische Merkmale mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 schematische Blockdarstellung eines Linearaktors
- 2 Rollengewindespindeltrieb in isometrischer Perspektivansicht
- 3 Rollengewindespindeltrieb in Längsschnittansicht
- 4 Planetenwälzkörper und Rollengewindespindel in freigestellter isometrischer Perspektivansicht
- 5 Planetenwälzkörper und Rollengewindespindel in Längsschnittansicht
- 6 Planetenwälzkörper und Rollengewindespindel in perspektivischer Längsschnittansicht
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1 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Linearaktors. Der Lineraraktor 1 umfasst einen Aktorantrieb 2 und eine Aktormechanik 3. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die spezielle Ausgestaltung der Aktormechanik 3 als Spindeltrieb 4 in Form eines Rollengewindespindeltriebs 5, wie er in 2 abgebildet ist.
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Der Rollengewindespindeltrieb 5 umfasst eine Rollengewindespindel 6, eine Rollengewindespindelmutter 7 sowie Planetenwälzkörper 8. Die Rollengewindespindel 6 besitzt eine Spindelgewindesteigung 9 und eine Rollengewindespindelachse 10.
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Die Planetenwälzkörper 8 weisen eine Planetenwälzkörperprofilierung 13 und eine Planetenwälzkörperachse 14 auf.
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Der Rollengewindespindeltrieb 5 wandelt eine rotative in eine translatorische Bewegung um, indem die Rollengewindespindel 6 konzentrisch in der zweiteilig ausgebildeten Rollengewindespindelmutter 7 angeordnet ist und die Rollengewindespindelmutter 7 gegenüber der Rollengewindespindel 6 drehbar ist, wobei die Planetenwälzkörper 8 zwischen der Rollengewindespindel 6 und der Rollengewindespindelmutter 7 angeordnet sind. Die Planetenwälzkörperprofilierung 13 kämmt dabei mit der Rollengewindespindel 6. Die Planetenwälzkörper 8 sind jeweils in der Rollengewindespindelmutter 7 drehbar um ihre Planetenwälzkörperachse 14 angeordnet, so dass eine Rotation der Rollengewindespindelmutter 7 oder eine Rotation der Rollengewindespindel 6 eine Rotation der Planetenwälzkörper 8 um ihre Planetenwälzkörperachse 14 bewirkt wird. Ferner sind die Planetenwälzkörper 8 in der Rollengewindespindelmutter 7 um die Rollengewindespindel 6 herum drehbar angeordnet, so dass eine Rotation der Rollengewindespindelmutter 7 oder eine Rotation der Rollengewindespindel 6 eine Rotation der Planetenwälzkörper 8 um die Rollengewindespindel 6 bewirkt wird. Wie in 2 andeutungsweise erkennbar ist, ist die Planetenwälzkörperachse 14 gegenüber der Rollengewindespindelachse 10 um einen die Spindelgewindesteigung 9 berücksichtigenden Betrag geneigt ist.
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3 zeigt den aus 2 bekannten Rollengewindespindeltrieb 5 in einer Längsschnittansicht. Man erkennt, dass die Planetenwälzkörper 8 an ihren distalen Enden Planetenwälzkörperlagerzapfen 15 aufweisen, welche in integral in der Rollengewindespindelmutter 7 angeordneten Planetenwälzkörperführungsringbohrungen 16 drehbar gelagert sind.
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4. zeigt die aus 3 bekannten Planetenwälzkörper 8 und die Rollengewindespindel 6 in freigestellter isometrischer Perspektivansicht. Es ist gut erkennbar, dass sich die Planetenwälzkörper 8 und die Rollengewindespindel 6 in einem kämmenden getrieblichen Eingriff miteinander befinden und dass die Planetenwälzkörperachse 14 gegenüber der Rollengewindespindelachse 10 um einen die Spindelgewindesteigung 9 berücksichtigenden Betrag geneigt ist. Das bedeutet, die Planetenwälzkörperachse 14 und die Rollengewindespindelachse 10 verlaufen nicht parallel zueinander. Dies ist auch nochmal in 5 gezeigt.
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Damit trotz der Neigung der Rollengewindespindelachse 10 und der Planetenwälzkörperachsen 14 allen Flanken der Rollengewindespindel 6 und der Planetenwälzkörper 8 in hinreichendem getrieblichen, kämmenden Eingriff stehen, weisen die Planetenwälzkörper 8 Planetenwälzkörperprofilflanken 17 auf, wobei die Planetenwälzkörperprofilflanken 17 von den distalen Enden des Planetenwälzkörpers 8 zur Mitte des Planetenwälzkörpers 8 eine konkav verlaufende, Rollengewindespindelsteigung, Rollengewindespindeldurchmesser sowie Planetenwälzkörperdurchmesser berücksichtigende Planetenwälzkörperprofilflankenkontur aufweisen, was der 6 entnehmbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linearaktor
- 2
- Aktorantrieb
- 3
- Aktormechanik
- 4
- Spindeltrieb
- 5
- Rollengewindespindeltrieb
- 6
- Rollengewindespindel
- 7
- Rollengewindespindelmutter
- 8
- Planetenwälzkörper
- 9
- Spindelgewindesteigung
- 10
- Rollengewindespindelachse
- 11
- Spindelmutterinnengewinde
- 12
- Spindelmutterinnengewindesteigung
- 13
- Planetenwälzkörperprofilierung
- 14
- Planetenwälzkörperachse
- 15
- Planetenwälzkörperlagerzapfen
- 16
- Planetenwälzkörperführungsringbohrungen
- 17
- Planetenwälzkörperprofilflanken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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